9．鉄鋼材料 9．鉄鋼材料 9．鉄鋼材料 9．鉄鋼材料

９．鉄鋼材料
鉄と鉄鋼

歴史
鉄

金属元素Fe
金属元素Fe
原鉱は酸化鉄

鉄鋼
酸化鉄を還元
C(炭素
C(炭素))･Si･
Si･Mn･
Mn･P･Sなどの非金属元素、Ni
などの非金属元素、Ni･･Crなどの
Crなどの
金属元素との合金

９．鉄鋼材料
炭素含有量による分類
鉄：0～0.008%
鋼：0.008～
0.008～2.0%
鋳鉄：2.0～
2.0～6.7%

BC2000年
BC2000年
10世紀
10世紀
1735年
1735年
18C終～
19C初
初
18C終～19C
1855年
1855年
1861年
1861年
1901年
1901年
現在
生産

日本・米国
中国
９．鉄鋼材料
分類

９．鉄鋼材料
合金鋼

特殊鋼

高張力鋼
引張強さ500N/mm
引張強さ500N/mm2以上で溶接性に優れる

低温用鋼・耐候性鋼・耐熱鋼
溶融銑鉄+
溶融銑鉄+くず鉄+
くず鉄+焼石灰+
焼石灰+鉄鉱石+
鉄鉱石+蛍石⇒（高圧の純酸素）⇒（炭
素の燃焼、不純物のスラグ化）⇒鋼
電気炉法
耐食鋼
13クロムステンレス鋼（
Cr : 18%）
13クロムステンレス鋼（Cr
18%）
1818-8ステンレス鋼（Cr
ステンレス鋼（Cr : 18%、
18%、Ni : 8%）
8%）

製鋼
転炉法
炭素鋼に特殊な熱処理や化学処理を加えたもの

製銑⇒製鋼⇒成形
製銑
鉄鉱石+
鉄鉱石+コークス（燃料、還元剤）+
コークス（燃料、還元剤）+石灰石（岩石分除去剤）⇒（溶
鉱炉）⇒銑鉄（炭素4
2～4%）
鉱炉）⇒銑鉄（炭素4～5%、不純物
5%、不純物2
4%）+スラグ
炭素以外の合金元素（Mn
炭素以外の合金元素（Mn,, Cr, Ni, Moなど）を加えたもの
Moなど）を加えたもの
クロム鋼、ニッケル・クロム鋼、クロム・モリブデン鋼

：9000万
9000万t～1億t
：1億8000万
8000万t
製法
炭素鋼
炭素量のみを調節、合金元素を加えないもの

エジプト
鉄のナイフ・斧
日本
Darby、鋳鉄の実用化
Darby、鋳鉄の実用化
鋳鉄を構造用に利用
Bessemerによる転炉法の発明、鋼
Bessemerによる転炉法の発明、鋼
Siemens・
Siemens・Martinによる平炉法の発明、鋼
Martinによる平炉法の発明、鋼
官営八幡製鉄所、日本初の鉄鋼生産
溶鉱炉の大型化、電気炉法の普及

くず鉄（主原料）+
くず鉄（主原料）+銑鉄+
銑鉄+鉄鉱石+
鉄鉱石+合金⇒（アーク熱） ⇒鋼
高炉材に比べCu
、Cr、
高炉材に比べCu、
Cr、Niの含有量が多く、品質のばらつき大
Niの含有量が多く、品質のばらつき大
鋳造
溶鋼⇒（鋳型）⇒鋼塊（ingot
）、鋼片（billet
billet）、鋳鋼品
）、鋳鋼品
溶鋼⇒（鋳型）⇒鋼塊（ingot）、鋼片（
1
９．鉄鋼材料
９．鉄鋼材料
製法
製法

加熱・冷却の組合せ操作、機械的性質の変化
焼きなまし
機械的加工

圧延

炉中できわめて徐々に冷却、鋼の軟化・内部応力除去
焼きならし
反対方向に回転するロールに加熱状態の鋼をはさんで押し
出しながら成形
圧延鋼材（板材、形鋼、棒鋼）

急冷、鋼の硬化
焼戻し

ダイス穴を通して引張って引き延ばして成形、棒・線・管
大気中で放冷、組織の改善・結晶粒の微細化
焼入れ
押出し
引抜き

熱処理

焼入れ・焼きなまし後、加熱、適当に冷却
硬さの減少、内部応力の除去、延性・靭性の増加
化学処理
酸

表面の不働態化
浸炭法

浸炭剤+
浸炭剤+熱⇒表面の炭素量増加⇒焼入れ
表面の硬化
９．鉄鋼材料
９．鉄鋼材料
物理的性質・力学的性質
物理的性質・力学的性質

多
少
応力ひずみ曲線
比例限度
弾性限度
上降伏点
下降伏点
降伏棚（塑性流れ域）
ひずみ硬化域
引張強さ
破断
0.2%耐力
0.2%耐力

炭素量
応力

：硬、脆い、低融点
：軟、粘り
引張強さ・降伏点・硬さ
炭素量の増加とともに増大、C=0.85%
で最大、以後低下
炭素量の増加とともに増大、C=0.85%で最大、以後低下

伸び
炭素量の増加に伴い減少
炭素量（%
炭素量（%）引張強さ（N/mm
引張強さ（N/mm2）伸び（%
伸び（%）
ひずみ
0.2%の残留ひずみを生じる応力度、高張力鋼・塑性加工を受けた
0.2%の残留ひずみを生じる応力度、高張力鋼・塑性加工を受けた
材（降伏点が不明瞭）
極軟鋼
0.15以下
0.15以下
軟鋼
0.15～
0.15～0.28
半硬鋼 0.28～
0.28～0.40
0.40～
0.40～0.50
最硬鋼 0.50～
0.50～0.60
硬鋼
400以下
400以下
用途
25
薄鉄板、鉄線、管
400～
400～500
20
建築・橋梁・造船
500～
500～600
16
建築・レール
600～
600～700
14
軸類・歯車・工具
700以上
700以上
8
工具・スプリング
2
９．鉄鋼材料
物理的性質・力学的性質

９．鉄鋼材料
物理的性質・力学的性質

密度
引張強さ
7.8（炭素量
1.3%）～
）～7.85
7.85（炭素量
（炭素量0.2%
0.2%）
）
7.8（炭素量1.3%

熱膨張係数

10.5（炭素量
1.3%）～
）～11.5
11.5（炭素量
（炭素量0.2%
0.2%）
）×10-6
10.5（炭素量1.3%

比熱

電気抵抗
温度の上昇に伴い低下
300℃
300℃以上で降伏点が不明確
伸び
熱伝導率
0.09（炭素量
1.3%）～
）～0.13
0.13（炭素量
（炭素量0.2%
0.2%）（
）（cal/cm
cal/cm･･s･℃）
0.09（炭素量1.3%

250～
250～300℃
300℃で最大
それ以上で急激に減少
500℃
500℃で1/2、
1/2、600℃
600℃で1/3
弾性係数・降伏点
0.11（炭素量
0.2%）～
）～0.12
0.12（炭素量
（炭素量1.3%
1.3%）（
）（cal/g
cal/g･℃）
･℃）
0.11（炭素量0.2%

高温時の機械的性質

200～
200～300℃
300℃で最小
それ以上の温度域で急増
低温時の機械的性質
引張強さ・降伏点・硬さ・弾性係数
15（炭素量
0.2%）～
）～20
20（炭素量
（炭素量1.3%
1.3%）（
）（μΩ
μΩ/cm
/cm3）
15（炭素量0.2%

温度の低下とともに増加
衝撃値

温度の低下とともに減少
遷移温度以下で急減（低温脆性）
９．鉄鋼材料
耐火被覆

打込構法
コンクリートの現場打ち
仕上げ・被覆厚さの確保容易、重量大、耐水性大、目地がないの
で耐火上有利

左官工法
塗下地（メタルラスなど）の上にモルタル・プラスターを塗り重ね
施工技術が高度、目地がないので耐火上有利、ひび割れやすい

吹付工法
ロックウールの吹き付け
施工速、特殊機械必要、表面仕上げ箇所には不利、目地なし耐
火上有利、軽量

張付工法
珪酸カルシウム板・ALC
板・ロックウール板・石こう板を耐火接着
珪酸カルシウム板・ALC板・ロックウール板・石こう板を耐火接着
剤で張付
仕上げ容易、耐火上目地処理に注意、耐水性・耐衝撃性に注意
９．鉄鋼材料
腐食と防食

大気中の腐食
酸素と反応⇒酸化物・炭酸塩皮膜（錆）の生成
水・ダスト・亜硫酸ガスが影響

土中での腐食

海水中での腐食

防食法
土壌の電気伝導度、pH
値が影響
土壌の電気伝導度、pH値が影響
塩化物イオン濃度（不働体皮膜の生成を抑制）、酸素量が影響
環境から遮断

亜鉛めっき、塗料
耐食性を向上

ステンレス鋼（Cr
：12%以上）、耐候性鋼（
Cu, Cr, Niの添加）
ステンレス鋼（Cr：
12%以上）、耐候性鋼（Cu,
Niの添加）
3
９．鉄鋼材料
９．鉄鋼材料
規格
規格

溶接構造用圧延鋼材（JIS
SM材、溶接性を改善
材、溶接性を改善
溶接構造用圧延鋼材（JIS G 3106）：
3106）：SM
SM400
一般構造用圧延鋼材（JIS
SS材
材
一般構造用圧延鋼材（JIS G 3101）：
3101）：SS

最も一般的な熱感圧延鋼材
引張強さ 402〜
402〜510N/mm2
降伏点216
（厚40mm
40mm超）～
超）～245
245（厚
（厚16mm
16mm以下）
以下）N/mm
N/mm2以上
降伏点216（厚
伸び 17～
17～24%以上
24%以上
板厚19mm
超：溶接に注意、板厚25mm
25mm超：溶接不可
超：溶接不可
板厚19mm超：溶接に注意、板厚

９．鉄鋼材料

通常の軟鋼にCu,
通常の軟鋼にCu, Coを加えたもの
Coを加えたもの
溶接性はSM400
と同等
溶接性はSM400と同等

普通鋼の化学成分調整で耐候性を付加

９．鉄鋼材料

一般構造用炭素鋼鋼管（JIS
STK
一般構造用炭素鋼鋼管（JIS G 3444）：
3444）：STK
一般構造用角形鋼管（JIS
STKR
一般構造用角形鋼管（JIS G 3352）：
3352）：STKR
一般構造用軽量形鋼（JIS
SSC
一般構造用軽量形鋼（JIS G 3352）：
3352）：SSC
溶接構造用遠心力鋳鉄管（JIS
SCW
溶接構造用遠心力鋳鉄管（JIS G 3352）：
3352）：SCW
デッキプレート（JIS
デッキプレート（JIS G 3352）
3352）
折れ板状に加工された鋼板
上側に配筋してコンクリート打設
床用型枠
支柱不要
高耐候性圧延鋼材（JIS
高耐候性圧延鋼材（JIS G 3125）
3125）
Pを多くして、SMA
鋼よりも耐候性を向上
を多くして、SMA鋼よりも耐候性を向上

引張強さ569
～716N/mm2
引張強さ569～
降伏点431
（厚40mm
40mm超）～
超）～461
461（厚
（厚16mm
16mm以下）
以下）N/mm
N/mm2以上
降伏点431（厚
溶接構造用低合金高張力鋼の最高級品
規格
溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（JIS
SMA材
材
溶接構造用耐候性熱間圧延鋼材（JIS G 3101）：
3101）：SMA
SMA400

引張強さ520
～637N/mm2
引張強さ520～
降伏点333
（厚40mm
40mm超）～
超）～363
363（厚
（厚16mm
16mm以下）
以下）N/mm
N/mm2以上
降伏点333（厚
SM570
Cを増して高強度化、溶接性不良
規格
引張強さ 490～
490～608N/mm2
降伏点
294（厚
40mm超）～
超）～324
324（厚
（厚16mm
16mm以下）
以下）N/mm
N/mm2以上
294（厚40mm
伸び
17～
17～23%以上
23%以上
板厚50mm
以下：溶接性問題なし、高張力鋼の汎用品
板厚50mm以下：溶接性問題なし、高張力鋼の汎用品
SM520
SS490、
SS490、SS540

機械的性質はSS400
と同等、溶接性最良
機械的性質はSS400と同等、溶接性最良
SM490
SS400

建築構造用圧延鋼材（JIS
鋼材
建築構造用圧延鋼材（JIS G 3136 ）：SN
）：SN鋼材
A種：下記以外のもの
B種：溶接性・靭性に配慮
C種：溶接性・靭性に加え、板厚方向特性・内部性状に配慮
4
１０．非鉄金属
建築分野での利用

銅、鉛、亜鉛、スズ、アルミニウム、チタン
性質・物性（機械的性質、電気・熱伝導率、延性、
展性など）を活用
デザイン的に金属光沢を活用
１０．非鉄金属
銅

歴史・生産
エジプト
日本

紀元前５世紀
世界でも有数の消費国、海外依存度40%
世界でも有数の消費国、海外依存度40%
製造方法
電解精錬（硫酸銅溶液の電気分解）→加熱圧延→常
温牽引加工→（焼鈍、成形）
１０．非鉄金属
銅

１０．非鉄金属
銅
性質
比重
融点
比熱
電気比抵抗
熱伝導率
熱膨張率
ヤング係数
降伏点
引張強度
伸び
耐食性
8.93
1080 ℃
0.092cal/g/℃
0.092cal/g/℃
1.55×
1.55×10-6Ωcm（小）
cm（小）
338kcal/m･
338kcal/m･h･℃（銀の次に高）
16.5×
倍）
16.5×10-6/℃（鉄の1.4
（鉄の1.4倍）
132kN/mm2（鉄の1/2
倍）
（鉄の1/2倍）
60N/mm2
245N/mm2
40～
40～60%
高湿度環境下で腐食：暗褐色→緑青（塩基性酸化銅）
酸・アンモニア中で激しく腐食

用途
屋根板材

銅板（JIS
銅板（JIS H 3101）
3101）
葺き方
一文字葺き、段葺き、菱葺き、銅瓦葺き
特殊な表面仕上げ処理
化学処理（電解・噴霧）による緑青化
硫化処理による黒色化
樋・外壁・看板・表札
建具用金具・建築部品

黄銅・青銅
1
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
鉛
鉛

古代ローマ時代

歴史
水道管、石材補強用、屋根材
製造方法（精錬）
方鉛鉱（PbS
）→（精錬）→
～98%）
方鉛鉱（PbS）
（精錬）→粗鉛（純度95
粗鉛（純度95～
98%）→（精
錬）→
以上）
錬）→鉛（純度99.9%
鉛（純度99.9%以上）
性質
比重
融点
比熱
電気比抵抗
熱伝導率
熱膨張率
ヤング係数
引張強度
伸び
耐食性
耐酸性
耐アルカリ性
11.3（最重、高放射線遮蔽性、高遮音性）
11.3（最重、高放射線遮蔽性、高遮音性）
327 ℃
0.0302cal/g/℃
0.0302cal/g/℃
21×
21×10-6Ωcm
30.2kcal/m･
30.2kcal/m･h･℃
29×
29×10-6/℃
16.1kN/mm2（低、高遮音性）
9～23N/mm2
20～
20～60%
高、炭酸鉛皮膜（大気中・海水中・地中）
高、塩化鉛・硫酸鉛の不溶性膜
低
2
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
鉛

用途
防水・衛生用管材・板材
間仕切
放射線遮蔽用薄型パネル

鉛粒モルタル板
１０．非鉄金属
亜鉛
亜鉛

歴史
明治以前
１０．非鉄金属
金・銀・鉛採取の残滓
製造方法
閃亜鉛鉱（ZnS
）→（選鉱）→
～60%→
閃亜鉛鉱（ZnS）
（選鉱）→純度35
純度35～
60%→（精錬）
→粗亜鉛→
～99.9%）
粗亜鉛→（精製）→
（精製）→亜鉛（純度98.5
亜鉛（純度98.5～
99.9%）
性質
比重
融点
比熱
電気比抵抗
熱伝導率
熱膨張率
ヤング係数
引張強度
伸び
耐食性
耐酸・耐アルカリ性
7.12
419 ℃
0.0918cal/g/℃
0.0918cal/g/℃
5.9×
5.9×10-6Ωcm
97.2kcal/m･
97.2kcal/m･h･℃
30×
30×10-6/℃
80kN/mm2
110～
110～280N/mm2
30～
30～50%
高、水酸化物皮膜・炭酸塩皮膜
低（SO
低（SO2・塩酸ガス、アンモニア）
安定（pH6
～12）
安定（pH6～
12）
3
１０．非鉄金属
スズ
亜鉛

１０．非鉄金属
用途

製造方法

性質
スズ石（SnO
以上）
スズ石（SnO2）→（選鉱）→（精錬）→スズ（純度99.5%
）→（選鉱）→（精錬）→スズ（純度99.5%以上）
メッキ用

比重
融点
比熱
電気比抵抗
熱伝導率
熱膨張率
ヤング係数
耐食性
溶融亜鉛メッキ
構造物用
皮膜厚さ：75
～125μ
皮膜厚さ：75～
125μm
電気亜鉛メッキ
建具金物・設備

7.28
231℃
231℃
0.064cal/g/℃
0.064cal/g/℃
11.4×
11.4×10-6Ωcm
55.1kcal/m･
55.1kcal/m･h･℃
21×
21×10-6/℃
58kN/mm2
高（大気中）
用途
ブリキ（鉄板にスズをめっき）
はんだ（スズと鉛の合金）
１０．非鉄金属
アルミニウム
アルミニウム

歴史
1866年
1866年
１０．非鉄金属
溶融電解法による製造方法の発明
製造方法
ボーキサイト（Al
ボーキサイト（Al2O3･3H2O）→（溶融電解）→アルミニ
ウム→（表面処理：電気化学的処理・化学的処理によ
る皮膜）
性質
比重
融点
比熱
電気比抵抗
熱伝導率
熱膨張率
ヤング係数
引張強度
伸び
耐食性
耐酸・耐アルカリ性
耐塩性
耐熱性
2.69（鉄の
1/3）
）
2.69（鉄の1/3
660 ℃
0.223cal/g/℃
0.223cal/g/℃
2.65×
2.65×10-6Ωcm（低）
cm（低）
191kcal/m･
191kcal/m･h･℃（高）
24.6×
24.6×10-6/℃
71kN/mm2
86～
86～195N/mm2
4～50%
高（自然酸化皮膜：厚10nm
）
高（自然酸化皮膜：厚10nm）
表面処理（汚れ防止、耐久性向上）
低（両性金属）
コンクリートとの接触に注意
低
低（200
℃、強度1/3
）
低（200℃
、強度1/3）
4
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
アルミニウム

用途
外装

カーテンウォールパネル（Al
AC3A、
、AlAC4A）
）
カーテンウォールパネル（Al--Si系：
Si系：AC3A
Al-SiSi-Mg系：
Mg系：AC4A
サッシ（Al
6063）
）
サッシ（Al--MgMg-Si系：
Si系：6063
門扉、フェンス
内装

間仕切りパネル、枠材、ドア、床
１０．非鉄金属
チタン

１０．非鉄金属
チタン

性質
比重
融点
比熱
電気比抵抗
熱伝導率
熱膨張率
ヤング係数
引張強度
耐食性
製造方法
酸化チタン（TiO
酸化チタン（TiO2）含有鉱石（ルチル、イルメナイト）→
（クロール法）→スポンジチタン→（破砕、プレス）→
（アーク溶解）→インゴット状のチタン→（加工）
耐酸・耐アルカリ性
耐塩性

4.51
1668 ℃
0.125cal/g/℃
0.125cal/g/℃
50×
5倍）
50×10-6Ωcm（鉄の
cm（鉄の5
14.4kcal/m･
）
14.4kcal/m･h･℃（鉄の1/4
･℃（鉄の1/4）
9.0×
9.0×10-6/℃
10.9kN/mm2
300～
300～700N/mm2
非常に高
酸化皮膜：微量の水あるいは水酸基の存在下
高
低
用途
外装材
屋根、外壁
5
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
腐食・防食

腐食条件
酸素、亜硫酸ガス
塩類、バクテリア
異種金属との接触、電気
温度、応力

イオン化傾向
（大）アルミニウム→亜鉛→鉄→すず→鉛→銅（小）
アノード
カソード
腐食（金属が溶解）
金属が析出
１０．非鉄金属
１０．非鉄金属
腐食・防食

防食方法
金属材料の適切な選択

耐食性金属、均質な材料
適正な設計と用法

表面処理

異種金属・非金属と非接触
着色
平滑・光沢化（研磨）
粗化（ヘヤライン仕上げ、サンドブラスト）
表面の保護被覆

金属被覆
電気メッキ、溶融メッキ
化成処理
アルミニウムの陽極酸化（アルマイト）、燐酸塩処理
クロム酸塩処理
無機質材被覆
無機質ペイント塗装、ほうろうライニング
セメント・コンクリート被覆
有機質材被覆
有機質ペイント塗装、ゴム・プラスティックライニング
環境処理

湿気・有害成分の除去、結露防止、腐食抑制剤の使用
外観の向上

表面の硬質化
硬質クロムメッキ
硬質アルマイト処理（アルミニウム）

表面の防眩化
クロムメッキ面の粗化
乱反射面化
電気防食
6

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